CN101315231A - 制冷循环装置的热交换器芯、热交换器和蒸发器 - Google Patents

制冷循环装置的热交换器芯、热交换器和蒸发器 Download PDF

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CN101315231A CNA200810109579XA CN200810109579A CN101315231A CN 101315231 A CN101315231 A CN 101315231A CN A200810109579X A CNA200810109579X A CN A200810109579XA CN 200810109579 A CN200810109579 A CN 200810109579A CN 101315231 A CN101315231 A CN 101315231A
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马场则昌
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Abstract

本发明公开了一种热交换器芯，包括第一管道(2、3)，第二管道(4、5)，第一散热片(19)，第二散热片(20)和连接部件(40)。第二管道(4、5)，在空气流动的方向上，设置到第一管道(2、3)的上游。第一散热片(19)连接到第一管道(2、3)外表面，用于促进第一管道(2、3)的热交换。第二散热片(20)连接到第二管道(4、5)外表面，用于促进第二管道(4、5)的热交换。第二散热片(20)定位于第一散热片(19)的上游，以限定其间的间隙(50)。连接部件(40)连接第一和第二散热片(19、20)的波峰(31)或者连接第一和第二散热片(19、20)的波谷(30)。

Description

制冷循环装置的热交换器芯、热交换器和蒸发器
技术领域
本发明涉及一种用于制冷循环装置的热交换器芯、热交换器和蒸发器。例如，在每一个上述装置中，第一管道位于第二管道在空气流动方向上的上游。
背景技术
传统地，用于空调系统的蒸发器具有热交换芯部件，所述芯部件包括第一组多个扁管和第二组多个扁管。所述第一组扁管和第一组扁管布置在空气流动方向上。第一组扁管的每个管道布置在垂直于空气流动方向的方向上，并且第二组扁管的每个管道布置在垂直于空气流动方向的方向上。第一组扁管的每个管道的外表面连接有第一波纹状散热片，并且第二组扁管的每个管道的外表面连接有第二波纹状散热片(参见，例如，对应于US6,308,527的JP-A-2000-179988)。
在上述技术中，在气流上游侧上的第一波纹状散热片和在气流下游侧上的第二波纹状散热片之间形成有间隙，并且所述间隙分开所述第一和第二波纹状散热片。结果，即使当冷凝物产生在气流上游侧上的第一波纹状散热片处，所述冷凝物不会被吹送空气送到气流下游侧上的第二波纹状散热片，而是，冷凝物通过所述间隙落下。由于上述，冷凝物被限制被吹走或者从蒸发器流出到气流下游侧。
近来，更多的用于空调系统的蒸发器具有管道，所述管道具有薄壁，以便有效地实现减少重量并且提高热交换性能。结果，热交换器芯部件的刚度减少。因而，经过制冷剂的声音的噪音值进一步不利地增加，所述声音是当制冷剂经过管道时形成的。
发明内容
本发明考虑到上述缺点做出。因此，本发明的目的是提供一种热交换器芯、热交换器和用于制冷循环装置的蒸发器，在其中的每一个中，在气流上游侧的第一散热片和在下游侧的第二散热片之间形成间隙，并且在其中，刚度仍然被限制减少。
为了实现本发明的目的，提供了一种热交换器芯，包括第一管道、第二管道、第一散热片、第二散热片和连接部件。第一管道设置为运送流过其中的第一流体以引起在第一流体与空气之间的热交换。第二管道在空气流动的方向上，设置到第一管道的上游，所述第二管道运送流过其中的第二流体以引起在第二流体与空气之间的热交换。第一散热片连接到第一管道外表面，用于促进第一管道的热交换，并且第一散热片具有一系列波纹以具有波峰和波谷。第二散热片连接到第二管道外表面，用于促进第二管道的热交换，所述第二散热片具有一系列波纹以具有波峰和波谷。在空气流动方向上，所述第二散热片定位于第一散热片的上游，并且与第一散热片分开以限定其间的间隙。连接部件设置为连接第一散热片和第二散热片。连接部件连接第一散热片的波峰与第二散热片的波峰，或者连接第一散热片的波谷与第二散热片的波谷。
为实现本发明的目的，还提供了一种热交换器，其包括上述热交换器芯，多个第一管道，多个第二管道，第一箱，第二箱，第三箱和第四箱。第一箱设置为分配流体到多个第一管道中的每一个。第二箱设置为收集流出多个第一管道中的每一个的流体。第三箱设置为分配流体到多个第二管道中的每一个。第四箱设置为收集流出多个第二管道中的每一个的流体。多个第一管道与第一和第二箱流体连通。多个第二管道与第三和第四箱流体连通。
为实现本发明的目的，还提供了一种用于制冷循环装置的蒸发器，所述蒸发器包括上述的热交换器。第一和第二管道运送制冷剂作为在其中流动的流体，和所述制冷剂通过从空气中吸收热而蒸发。
为实现本发明的目的，还提供了一种热交换器芯，其包括第一管道，第二管道，第一散热片，第二散热片和多个连接部件。第一管道设置为运送流过其中的第一流体以引起在第一流体与空气之间的热交换。第二管道在空气流动的方向上，设置在第一管道的上游，所述第二管道运送流过其中的第二流体以引起在第二流体与空气之间的热交换。第一散热片连接到第一管道的外表面，用于增加第一管道与空气的热交换接触面积，所述第一散热片具有一系列波纹以形成多个散热片顶部。第二散热片连接到第二管道的外表面，用于增加第二管道与空气的热交换接触面积，所述第二散热片具有一系列波纹以形成多个散热片顶部。在空气流动方向上，所述第二散热片与第一散热片分开以限定其间的间隙。多个连接部件每一个设置为连接第一和第二散热片以跨越所述间隙。多个连接部件中的每一个连接第一散热片的多个散热片顶部的一个与邻近的第二散热片的多个散热片顶部的一个。多个连接部件以预定的间隔布置。
附图说明
从其随后说明、权利要求和附图中，本发明与附加的其目的、特征和优点，将得到最好地理解，其中：
图1是根据本发明的第一实施例的用于制冷循环装置的蒸发器的外形图；
图2是图示如图1所示的用于制冷循环装置的蒸发器的内部结构的立体图；
图3是图1中所示的散热片的剖面图；
图4是如图1中所示的管道和连接的散热片的一部分的立体图；
图5是用于解释连接尺度的散热片的剖面图；
图6是展开图解如图1所示的散热片；
图7是图解用于测验如图1所示热交换器芯的刚度的实验结果的图表；
图8是图解用于测验如图1所示热交换器芯的噪音值的另一个实验结果的图表；
图9是图解用于测验如图1所示热交换器芯的吹走临界风速的另一个实验结果的图表；
图10是展开图解如图1所示的散热片的一个例子；
图11是根据本发明的第二实施例的展开图解用于制冷循环装置的蒸发器的散热片；
图12是本发明的另一个实施例的管道的立体图；和
图13是图解根据本发明的第三实施例的修改的管道的立体图。
具体实施方式
(第一实施例)
参照附图说明本发明的第一实施例，所述附图为本发明的第一实施例的用于制冷循环装置的蒸发器的附图。图1是图解本发明蒸发器的外形的立体图，和图2是图解蒸发器的内部结构的示意立体图。
蒸发器安装在用于汽车的空调系统的空调单元的壳体的内侧。蒸发器接收被空气吹风机(未显示)在箭头X指示的方向上(空气流动方向)吹送的空气，并且热在所述吹送的空气与制冷剂之间交换。
蒸发器包括如图1所示的连接块1，并且所述连接块1包括制冷剂进口8a和制冷剂出口8b。制冷剂通过制冷剂进口8a从膨胀阀(未显示)流进所述蒸发器，通过制冷剂出口8b朝向压缩机(未显示)流出所述蒸发器。所述蒸发器与所述膨胀阀、压缩机一起形成已知的制冷循环装置。
所述蒸发器包括管道2、3、4、5，如图1和2所示，并且所述多个管道2布置或者在垂直于空气流动方向X的方向上相互隔开，并且所述多个管道3布置在与管道2的布置方向一致的方向上(图2中的方向B)。
多个管道4在与管道2平行的方向上相互隔开，并且在空气流动方向X上被定位在管道2的上游。多个管道5也在与管道3平行的方向上被相互隔开，并且在空气流动方向X上被定位在管道3的上游。
这样，所述管道2，3，4，5被布置为，具有管道2、3的第一排，在气流方向X上，定位在具有管道4、5的第二排的下游，以形成如图2所示的两排。
所述蒸发器包括多个箱部件8、9、11、12。箱部件8与管道2、3的一个纵向端部接连。箱部件8被分隔壁14分成在管道2侧的分配箱室81和在管道3侧的收集箱室82。同样，所述箱部件11被分隔壁15分成分配箱室110和收集箱室111。
制冷剂从连接块1的制冷进口8a通过进口6(见图2)流进，并且然后分配箱室81分配或者输送上述制冷剂到多个管道2的每一个。在多个管道2中，制冷剂在如图2箭头Ra所指示的方向流动。箱部件9引起制冷剂流出多个管道2的每一个，以合并在一起或者被收集在一起。应该注意，制冷剂对应于第一和第二流体，所述流体彼此相互一致。
在箱部件9中，所述制冷剂在箭头Rb指示的方向上流动，并且所述制冷剂被分配到多个管道3的每一个中。在多个管道3中，所述制冷剂在箭头Rc指示的方向上流动。制冷剂在箱部件8的收集箱室82中被合并在一起。
收集箱室82和所述箱部件11的分配箱室110是通过多个连通孔18相通的。在收集箱室82处合并的制冷剂流进箱部件11的分配箱室110中，并且被分配进在分配箱室110处的多个管道5。
多个管道5引起制冷剂在箭头Re指示的方向上穿过其中。然后，制冷剂在箱部件12处合并在一起，并且在箭头Rf指示的方向上流动穿过箱部件12。然后，制冷剂分配到多个管道4中。在多个管道4中，制冷剂在箭头Rg指示的方向上流动，并且制冷剂在箱部件11的收集箱室111处合并在一起。制冷剂在箭头Rh指示的方向上流动，并且通过出口7流出收集箱室111。然后，制冷剂通过连接块1的制冷剂出口8b排出(见图1)。
每个上述管道2，3，4，5具有制冷剂通道，所述通道具有扁平横截面形状，并且所述制冷剂从空气中吸收热以在管道2，3，4，5中蒸发。在本实施例中，管道2至5由铝制成，并且所述管道2至5是内散热片类型管道，其是通过折叠片材料并且将内部散热片放在折叠的片材料之间制成。然后，在上述情况中，所述片材料的两端部分是铜焊相互连接的。
蒸发器包括波状散热片19、20，布置如图2所示，所述波状散热片19、20的每个是由铝片材料制成，以具有曲折的形状或者如图3所示的一系列波纹。图3是波状散热片19(20)的横截面视图。
具体地，波状散热片19通过折叠片材料制成，从而波峰31之间的间隔fp是彼此一致的。选择地，片材料可以被折叠，从而波谷30之间的间隔fp是彼此相似的。如图3所示，在上述中，所述波峰31突起方向与波谷30的突起方向相反。同样，波状散热片20是通过折叠片材料制成，从而波峰31之间的间隔fp是彼此相似的。选择地，波状散热片20可以通过折叠片材料制成，从而波谷30之间的间隔fp是彼此同一的。在本说明书中，波峰31之间的尺寸或者波谷30之间的尺寸被限定为散热片节距fp。
在本实施例中，波状散热片19的散热片节距fp是与波状散热片20的节距fp一致的。同样，波状散热片19的高度A是与波状散热片20高度A一致的。所述散热片高度A对应于在波峰31或者波谷30的突起方向上的波峰31的端部和波谷30的端部之间的尺寸。
通过在波峰31或者波谷30处铜焊，波纹散热片19被连接到管道2、3的每一个的外表面，并且通过在波峰31或者波谷30处铜焊，波纹散热片20被连接到管道4、5的每一个的外表面。波纹散热片19在空气流动方向X上，相对于波纹散热片20布置。换句话说，波纹散热片19布置在波纹散热片20下游。波纹散热片19(20)具有侧表面部分32，其部分被切并抬高以在其上形成百叶窗(louver)32a。
在波纹散热片19、20之间形成空隙。然而，为了限制部件数量的增加，波纹散热片19、20通过多个连接部件40的连接而整体地形成。每个连接部件40具有大于散热片高度A的连接尺寸C。连接尺寸C对应连接部件40的一部分的尺寸，通过所述尺寸连接部件40连接波纹散热片19、20。如图4所示，所述连接部件40提供波纹散热片19的波峰31与邻近的波纹散热片20的波峰31之间的连接，或者提供波纹散热片19的波谷30与邻近的波纹散热片20的波谷30之间的连接。换句话说，例如，每个波谷30和波峰31可以命名为散热片顶部30、31，并且连接部件40提供波纹散热片19的散热片顶部与邻近的波纹散热片20的散热片顶部之间的连接。作为例子，图4是管道2、4和通过连接部件40在对应的波峰21处连接的散热片19、20的立体图。同样，图5是散热片19或20的横截面视图，图解连接尺寸C，当散热片19或20是波纹状时，所述尺寸跨越侧表面部分32到邻近的表面部分32。换句话说，例如，连接部件40被设置到散热片19(20)，并且从散热片19(20)的侧表面部分32的一部分伸展到散热片19(20)的侧表面部分32的一部分，以跨越散热片顶部。例如，所述第一散热片19包括多个侧表面部分32，并且其每个是通过相应的散热片顶部30或31整体地连接到相邻侧表面部分32，以形成第一散热片19的波纹。同样，第二散热片20包括多个侧表面部分32，并且其每个是通过相应的散热片顶部30或31整体地连接到相邻侧表面部分32，以形成第一散热片20的波纹。多个连接部件40的每个被设置为具有形状或者U形横截面(见图5)，从而，如图5所示，连接部件40的形状匹配第一散热片19的所述波纹或者形状，和第二散热片20的波纹或者形状。
注意到波纹散热片19、20和管道2、3、4、5构成热交换器芯。
图6是波纹散热片19、20的展开图。多个接连部件40通过恒定尺寸B布置，并且连接尺寸C相对恒定尺寸B的比率被设置等于或者少于0.3。注意到恒定尺寸B被命名为连接节距B。
然后，用于检测本实施例效果的实验结果被说明如下。
图7是图表，图示在散热片高度A为5mm和连接节距B为60mm的情况下，振动反应测试结果。在图7中，纵坐标指示热交换器芯的刚度G，横坐标指示连接尺寸C。热交换器芯的刚度G通过百分数指示，并对应于相对于热交换器芯的参考刚度的热交换器芯的标准刚度。注意所述参考刚度是在某情况下限定的，所述情况在本发明实施例中连接尺寸C为2mm。
虚线S1对应一个情况下的刚度，其中所述波纹散热片19的侧表面部分32与所述波纹散热片20的侧表面部分32连接，并且虚线S2对应另一个情况下的刚度，其中所述波纹散热片19的波谷30与所述波纹散热片20的波谷32连接，或者纹散热片19的波峰31与所述波纹散热片20的波峰31连接。
如虚线S1、S2明显地所示，其中在波纹散热片19、20的波谷30(或者波峰31)彼此相互地连接的所述情况下的刚度大于下述情况下的刚度，即其中波纹散热片19、20的侧表面部分32是相互地彼此连接。
图8是图表，图示两个情况之间的噪音值的比较。在两个情况之一中，在连接尺寸C＝2mm和散热片高度A＝5mm的情况下，波纹散热片19、20的侧表面部分32被相互连接。在两个情况中的另一个中，在连接尺寸C＝6mm和散热片高度A＝5mm的情况下，波纹散热片19、20的波谷30(或者波峰31)被相互连接。
在每个振动频率4.5kHz、6.5kHz、7.8kHz处，与连接尺寸C＝2mm的情况相比，在连接尺寸C＝6mm的情况下的噪音值更小。
图9是图表，具有纵坐标表示吹走临界风速(m/s)和横坐标表示连接尺寸C/恒定尺寸B的百分比(单位％)。在当C/B超过30％(见图10)的范围里，吹走临界风速开始下降。所述吹走临界风速对应于风速，在该风速处冷凝物开始被吹走或者作为水滴从波纹散热片20向下游侧流出。图10图解当C/B＝30％时波纹散热片19，20的展开图。
根据上述本实施例，连接部件40连接波纹散热片19的波谷30和波纹散热片20的波谷30。选择地，连接部件40连接波纹散热片19的波峰31和波纹散热片20的波峰31。结果，热交换器芯的刚度被限制减少。从而，通过冷凝剂的声音被限制产生。
同样，在本实施例中，连接尺寸C相对恒定尺寸B的比率被设置为等于或者小于0.3。从而，冷凝物被限制作为水滴从波纹散热片20朝向下游侧吹走。
在管道和箱被使用板材料整体地形成的情况下，为了提高热交换性能，管道的厚度需要更薄，但是，为了保持抗压强度，箱的厚度被需要是一定量。
在本实施例中，箱部件8、9、11、12和管道2、3、4、5被分别地预先形成，并且通过铜焊接相连。结果，箱部件8、9、11、12能够更有效地具有不同于管道2、3、4、5的壁厚度的壁厚度。
(第二实施例)
在上述第一实施例中，使用连接部件40，通过连接长度为恒定宽度C，波纹散热片19、20被相互连接。然而，本发明不限于上述的，并且在第二实施例中，连接部件40可以包括三个连接部分，限定其间的两个间隙51，如图11所示，假定连接尺寸C比散热片高度A更大。
在上述情况下，连接部件40的连接尺寸C1、C2、C3的总和(也就是C1+C2+C3)大于散热片高度A。在上述情况下，连接尺寸C1、C2、C3的总和对应于连接尺寸C。
(其它实施例)
在上述第一实施例中，内部散热片型管道被使用。然而，如图12所示，挤压模塑管道，其通过挤压模型制成，可以选择地使用以替代内部散热片型管道。
使用蒸发器的例子说明上述第一实施例，其中在气流上游侧的管道4与在气流下游侧的管道2分开，并且其中在气流上游侧的管道5与在气流下游侧的管道3分开。选择地替代，如图13所示，管道4(5)可以分别地与管道2(3)部分地连接。
在上述第一实施例中，在空气流动方向上，对应第二管道的管道4(5)被布置在对应第一管道的管道2(3)的下游，且在空气流动方向上，一组管道4(5)与另一组管道2(3)隔开。然而，本发明不受上述限制。例如，三个或者更多组管道可以选择地在空气流动方向上并排布置。
在上述第一实施例中，本发明的热交换芯应用到蒸发器。然而，本发明不限制于上述。例如，本发明的热交换芯可以应用到冷却单元，所述冷却单元具有用于制冷循环装置的冷凝器，和与冷凝器整体地形成的散热器。
在上述结构中，第一和第二管道之一对应冷凝器的管道，通过所述管道制冷剂流动。第一和第二管道的另一个对应于散热器的管道，通过所述管道发动机冷却剂流动。换句话说，第一和第二管道中的一个对应于制冷剂，并且第一和第二管道的另一个对应于发动机冷却剂。因而，第一和第二流体是彼此相互地不同的。
在上述情况下，用于冷凝器的散热片和用于散热器，在波峰处通过连接部件连接，或者在波谷处通过连接部件连接。结果，热交换器芯的刚度是能够提高的。
管道2、3对应于第一管道，管道4、5对应于第二管道，散热片19对应第一散热片，而散热片20对应第二散热片。分配箱室81和箱部件9对应第一箱，而收集箱室82和箱部件9对应第二箱。分配箱室110和箱部件12对应第三箱，收集箱室111和箱部件12对应第四箱。
另外的优点和修改对这种本领域技术人员将容易地产生。因而在广义上，本发明不限于特殊细节、典型装置和显示和说明的图解例子。

Claims (8)

1.一种热交换器芯，包括：
第一管道(2、3)，设置为运送流过其中的第一流体以引起在第一流体与空气之间的热交换；
第二管道(4、5)，在空气流动的方向上，设置到第一管道(2、3)的上游，所述第二管道(4、5)运送流过其中的第二流体以引起在第二流体与空气之间的热交换；
第一散热片(19)，所述第一散热片(19)连接到第一管道(2、3)外表面，用于促进第一管道(2、3)的热交换，所述第一散热片(19)具有一系列波纹以具有波峰(31)和波谷(30)；
第二散热片(20)，所述第二散热片连接到第二管道(4、5)外表面，用于促进第二管道(4、5)的热交换，所述第二散热片(20)具有一系列波纹以具有波峰(31)和波谷(30)，在空气流动方向上，所述第二散热片(20)定位于第一散热片(19)的上游，并且所述第二散热片(20)与第一散热片(19)分开以限定其间的间隙(50)；和
连接部件(40)，设置为连接第一散热片(19)与第二散热片(20)，其中：
连接部件(40)连接第一散热片(19)的波峰(31)与第二散热片(20)的波峰(31)，或者连接第一散热片(19)的波谷(30)与第二散热片(20)的波谷(30)。
2.根据权利要求1所述的一种热交换器芯，其中：
第一和第二散热片(19、20)被设置为相互间具有相同的散热片节距(fp)和相同的散热片高度(A)；且
连接部件(40)具有连接尺寸(C)，所述连接尺寸(C)大于第一和第二散热片(19、20)的散热片高度(A)。
3.根据权利要求2所述的一种热交换器芯，其中：
连接部件(40)是多个连接部件(40)中的一个，所述多个连接部件(40)以恒定尺寸(B)间隔设置在第一和第二散热片(19、20)之间；且
连接尺寸(C)相对恒定尺寸(B)的比率被设置成等于或者小于0.3。
4.根据权利要求1至3任何一项所述的一种热交换器芯，其中流动穿过第一管道(2、3)的第一流体是与流动穿过第二管道(4、5)的第二流体相同的。
5.一种热交换器，包括：
根据权利要求1至3任何一项所述的热交换器芯；
多个第一管道(2、3)；
多个第二管道(4、5)；
第一箱(81、9)，设置为分配流体到多个第一管道(2、3)的每一个；
第二箱(82、9)，设置为收集流出多个第一管道(2、3)中每一个的流体；
第三箱(110、12)，设置为分配流体到多个第二管道(4、5)中的每一个；和
第四箱(111、12)，设置为收集流出多个第二管道(4、5)中的每一个的流体；其中：
多个第一管道(2、3)与第一和第二箱(81、82、9)流体连通；和
多个第二管道(4、5)与第三和第四箱(110、111、12)流体连通。
6.一种用于制冷循环装置的蒸发器，包括：
根据权利要求5所述的热交换器，其中：
第一和第二管道(2至5)运送作为在其中流动的流体的制冷剂；且
所述制冷剂通过从空气中吸收热而蒸发。
7.一种热交换器芯，包括：
第一管道(2、3)，设置为运送流过其中的第一流体，以引起在第一流体与空气之间的热交换；
第二管道(4、5)，在空气流动的方向上，设置到第一管道(2、3)的上游，所述第二管道(4、5)运送流过其中的第二流体以引起在第二流体与空气之间的热交换；
第一散热片(19)，所述第一散热片(19)连接到第一管道(2、3)的外表面，用于增加第一管道(2、3)与空气的热交换接触面积，所述第一散热片(19)具有一系列波纹以形成多个散热片顶部(30、31)；
第二散热片(20)，所述第二散热片连接到第二管道(4、5)的外表面，用于增加第二管道(4、5)与空气的热交换接触面积，所述第二散热片(20)具有一系列波纹以形成多个散热片顶部(30、31)，在空气流动方向上，所述第二散热片(20)与第一散热片(19)分开以限定其间的间隙(50)；和
多个连接部件(40)，其每一个设置为连接第一和第二散热片(19、20)以跨越所述间隙(50)，其中：
多个连接部件(40)中的每一个连接第一散热片(19)的多个散热片顶部(30、31)的一个与第二散热片(20)的多个散热片顶部(30、31)中相邻的一个；和
多个连接部件(40)以预定的间隔布置。
8.根据权利要求7所述的一种热交换芯，其中：
第一散热片(19)包括多个侧表面部分(32)，其每个是通过相应的散热片顶部(30、31)整体地连接到相邻的一个侧表面部分(32)，以形成第一散热片(19)的波纹；
第二散热片(20)包括多个侧表面部分(32)，其每个通过相应的散热片顶部(30、31)整体地连接到一个相邻的侧表面部分(32)，以形成第二散热片(20)的波纹；且
多个连接部件(40)的每一个被设置为具有形状，从而，连接部件(40)的形状匹配第一散热片(19)的波纹和第二散热片(20)的波纹。
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